Decolorization of cellulose-based post-consumer textile waste in a sequence involving sodium hydroxide, chlorine dioxide, and hydrogen peroxide
تُظهر هذه الدراسة أن المعالجة المتتالية باستخدام هيدروكسيد الصوديوم، وثنائي أكسيد الكلور، وبيروكسيد الهيدروجين تعمل بفعالية على إزالة اللون من نفايات المنسوجات المستهلكة من القطن والفيسكوز المختلط، مما يزيد من درجة السطوع بشكل كبير مع السماح بتحسين اللزوجة وتقليل الذوبان العضوي من خلال تعديلات العمليات وإضافة المغنيسيوم.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في كل عام، يتخلص العالم من جبال من الملابس. ينتهي المطاف بجزء كبير من هذه النفايات في مكبات النفايات أو يتم حرقها، وهو مصير يصعب قبوله بشكل متزايد مع قيام صناعة الأزياء بإنتاج المزيد من الملابس أكثر من أي وقت مضى. يكمن حل واعد في تحويل هذه الملابس القديمة إلى ملابس جديدة، وهي عملية تُعرف باسم إعادة تدوير الألياف إلى ألياف. ومع ذلك، يواجه هذا الحلم الدائري عقبة مستعصية: اللون. معظم المنسوجات المهملة هي مزيج فوضوي من الأقمشة المصبوغة بظلال لا حصر لها، ولكي تصبح مفيدة مرة أخرى، يجب تجريدها من ذلك اللون. التحدي لا يقتصر فقط على إزالة الصبغة، بل في القيام بذلك دون تدمير النسيج نفسه. المادة التي تقع في قلب هذا اللغز هي السليلوز، وهي الألياف الطبيعية الموجودة في القطن وفي الألياف المتجددة المستخدمة في الفيسكوز. هذه الألياف عبارة عن سلاسل طويلة من الجزيئات التي تمنح القماش قوته، لكنها أيضاً رقيقة؛ فالكيماويات نفسها اللازمة لتبييض الصبغة يمكنها أحياناً كسر هذه السلاسل، محولة الخيط القوي إلى كتلة ضعيفة وغير مجدية.
وضع الباحثون في "نورايون" (Nouryon)، وهي شركة كيميائية في السويد، نصب أعينهم حل عملية التوازن هذه. لقد ركزوا على نوع معين من النفايات: خليط من ملابس القطن والفيسكوز المستهلكة التي تم فرزها وتمزيقها وتجهيزها للمعالجة. كان هدفهم هو إيجاد تسلسل من الخطوات الكيميائية التي يمكنها غسل اللون من هذه الأقمشة المختلطة مع الحفاظ على الألياف سليمة بما يكفي لغزلها إلى خيوط جديدة. اختبروا عملية مكونة من ثلاث خطوات تتضمن هيدروكسيد الصوديوم، وثنائي أكسيد الكلور، وبيروكسيد الهيدروجين. الخطوة الأولى، باستخدام هيدروكسيد الصوديوم، تعمل مثل صابون قوي يساعد في تفكيك الصبغة من الألياف. وتدخل الخطوة الثانية ثنائي أكسيد الكلور، وهو عامل تبييض قوي، بينما تستخدم الخطوة الأخيرة بيروكسيد الهيدروجين لإنهاء المهمة وتفتيح المادة. اكتشف الباحثون أن هذا المزيج يمكن أن يحول النفايات الداكنة مختلطة الألوان إلى مادة نظيفة وساطعة، لكن الظروف الدقيقة لكل خطوة كانت مهمة للغاية.
بدأت الرحلة بالمعالجة القلوية. عندما عالج الباحثون القماش الممزق بهيدروكسيد الصوديوم في درجات حرارة عالية، بدأ اللون يرتفع. وجدوا أن إضافة كمية محددة من المادة الكيميائية — 150 كيلوغراماً لكل طن من القماش — كانت كافية لإزالة جزء كبير من الصبغة دون التسبب في ضرر مفرط. رفعت هذه الغسلة الأولية درجة سطوع القطن من 10 بالمائة باهتة إلى حوالي 40 بالمائة، والفيسكوز من 7 بالمائة إلى ما يقرب من 50 بالمائة. كان السائل الذي تصرف خلال هذه المرحلة داكناً بسبب الأصباغ المزاحة، مما أثبت أنه يتم فصل اللون بنجاح عن الألياف. والأهم من ذلك، لاحظ الباحثون أنه بينما فقدت ألياف القطن بعضاً من قوتها الداخلية خلال هذه العملية، ظلت ألياف الفيسكوز مستقرة بشكل مفاجئ، محافظة على هيكلها حتى تحت الهجوم الكيميائي.
بعد ذلك جاءت مرحلة ثاني أكسيد الكلور، والتي عملت كـ "الرافعة الثقيلة" لإزالة ما تبقى من اللون. قام الباحثون بتعديل حموضة الماء في هذه الخطوة، ووجدوا أن البيئة الحمضية قليلاً هي النقطة المثالية. عند هذا المستوى، جرد ثاني أكسيد الكلور ما تبقى من الصبغة، مما رفع سطوع القطن إلى 74 بالمائة والفيسكوز إلى 77 بالمائة. كانت هذه المرحلة مهمة بشكل خاص لأنها سمحت للفريق بالتحكم في قوة الألياف. ومن خلال ضبط الحموضة بدقة، استطاعوا منع المادة الكيميائية من تكسير سلاسل السليلوز بشكل عدواني للغاية. وهذا يعني أنه كان بإمكانهم استهداف مستوى محدد من قوة الألياف، مما يضمن أن تكون المادة قوية بما يكفي للاستخدام المستقبلي. كانت العملية فعالة للغاية لدرجة أن المنتج النهائي بدا مثل ورقة بيضاء نظيفة، في تباين صارخ مع البقايا الملونة والممزقة التي بدأت بها العملية.
تضمنت الخطوة الأخيرة بيروكسيد الهيدروجين، وهو عامل تبييض شائع، ولكن مع لمسة مختلفة. أضاف الباحثون المغنيسيوم إلى الخليط، وهي خطوة عملت كمثبت. في غياب المغنيسيوم، يمكن لبيروكسيد الهيدروجين أحياناً أن يصبح عدوانياً للغاية، مما يؤدي إلى تكسير الألياف وإطلاق نفايات عضوية في الماء. ومع وجود المغنيسيوم، أصبح التبييض أكثر انضباطاً. احتفظت الألياف بمزيد من قوتها الأصلية، وانخفضت كمية المواد العضوية الذائبة في مياه الصرف الصحي بشكل كبير. كان هذا اكتشافاً حيوياً، حيث أظهر أن العملية يمكن جعلها أنظف وأكثر كفاءة. لم يجعل المغنيسيوم القماش أكثر بياضاً مما كان سيكون عليه بدونه، لكنه حمى سلامة القماش وقلل من العبء البيئي للمعالجة.
خلال التجربة، نظر الفريق أيضاً بدقة فيما تبقى في المنتج النهائي. وجدوا أن بعض الألياف الملونة ظلت موجودة، ولكن عندما حللوا هذه القطع العنيدة، اكتشفوا أنها لم تكن قطناً أو فيسكوز على الإطلاق. بدلاً من ذلك، كانت بوليستر، ومن المرجح أنها من خيوط الخياطة المستخدمة في حياكة الملابس الأصلية. يعد هذا التلوث مشكلة معروفة في إعادة التدوير، حيث لا يذوب البوليستر بنفس الطريقة التي يذوب بها السليلوز. أشار الباحثون إلى أنه بينما يمثل هذا عقبة، إلا أنه يمكن إدارتها من خلال تقنيات فرز أو فصل أفضل قبل بدء عملية التبييض. خلصت الدراسة إلى أن تسلسل الخطوات الثلاث كان مساراً قابلاً للتطبيق. لقد نجح في تحويل تدفق نفايات معقد ومختلط إلى مادة خام ساطعة وعالية الجودة، مما يثبت أن لون ملابسنا المهملة ليس بالضرورة أن يكون نهاية قصتها.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.